Активное сопротивление антенны или любого другого излучателя, потери мощности в котором эквивалентны её уносу волнами в окружающее пространство, т. е. излучению. Обычно сопротивление излучения вводят как составляющую входного сопротивления антенны Z_вх при подключении последней к линии передачи с волновым сопротивлением Z_в. Для простейшей эквивалентной схемы последовательно соединённых сопротивлений

где R_изл– сопротивление излучения, R_п– сопротивление омических потерь, Х – реактивное сопротивление, обусловленное полями в реактивных элементах антенны (ёмкостях и индуктивностях), а также в полях стоячих волн, сосредоточенных в её окрестности (иногда эту часть реактивного сопротивления называют реактансом излучения. Идеальное согласование идеального излучателя R_п = 0(с идеальной линией (ImZ = 0) достигается при выполнении условий X = 0, R_изл = R_в.

На рисунках 1 и 2 показано как зависит R_изл симметричного диполя, находящегося в свободном пространстве от его размера:

Таким образом, активное сопротивление R_S, характеризует излучательную способность антенны. Полная мощность излучения интерпретируется при этом как мощность, поглощаемая в R_S. Любой фидерный тракт, по которому электромагнитная энергия поступает к антенне (двухпроводная линия, волновод и др.), можно считать нагруженным на входное сопротивление антенны, складывающееся из сопротивления джоулевых потерь и импеданса излучения, активная часть которого равна R_S. Сопротивление излучения зависит от формы, размеров, материала антенны, распределения токов в ней, диэлектрическая e и магнитная m проницаемостей окружающей среды и от свойств пространства, в которое происходит излучение (неограниченное пространство, свободное от искажающих поле объектов; пространство, ограниченное проводящей границей, излучение внутрь др. волновода или объёмного резонатора и т. п.).

 

 

Поскольку антенна потребляет от источника активную мощность (излучая её в эфир), то по аналогии с любой электрической схемой потребляющей мощность вводят сопротивление, на котором эта мощность выделяется. В данном случае оно называется сопротивлением излучения R_изл. Надо подчеркнуть, что физически этого сопротивления нет. R_изл  всего лишь математический коэффициент, связывающий излученную антенной мощность с квадратом максимальной амплитуды тока в антенне. Но R_изл весьма наглядный параметр, характеризующий эффективность излучения антенны, поэтому часто используется.

R_изл весьма сложным образом зависит от размеров антенны, её геометрии, и распределения тока. В частном случае простой линейной антенны длиной до волны (при условии, что нет участков с противофазно протекающими токами) R_изл прямо пропорционально площади под распределением тока по антенне. Отсюда вытекает важный для практики укороченных антенн вывод: при одинаковой физической длине эффективнее излучает (то есть имеет более высокое R_изл) та антенна, по которой протекают больший ток, и по которой он равномернее распределен.

Как любое реальное устройство, антенна не имеет КПД = 100%. То есть не вся мощность, подведенная к антенне, излучается. Часть её рассеивается в тепло в антенне и окружающих предметах. Эта часть мощности описывается сопротивлением потерь антенны R_п. Оно состоит из:

• R_s – омических потерь в проводах и элементах антенны. R_s растет с частотой. Это следствие так называемого поверхностного эффекта – переменное магнитное поле вытеснят ток из центра проводника на его края. Поэтому ВЧ ток протекает только по тонкому поверхностному слою провода, не проникая вглубь. Глубина проникновения тока описывается формулой:

 

где: d – в мкм; F – в МГц; K– коэффициент, равный 67 для меди, 83 для алюминия, 127 для бронзы.
Как следует из этой формулы d , составляет несколько десятков микрон на 1,8 МГц, и уменьшается до нескольких микрон на УКВ. Поэтому в антенной технике очень важно качество поверхности используемых металлов. Шероховатости, плёнки окисла резко увеличивают R_s. Из-за поверхностного эффекта фактором, определяющим сопротивление потерь на ВЧ, является не площадь сечения проводника, а периметр его сечения. Например, тонкая, но широкая фольга имеет заметно меньшие потери на ВЧ, чем толстый провод. Поэтому же нет смысла использовать толстые сплошные проводники – тонкостенная труба равного диметра будет ничем не хуже.
• R_i – потери в изоляции. Любой изолятор в составе антенны имеет утечку, и соответственно – потери. Для правильного учёта сопротивление изоляции пересчитывается из параллельного сопротивления утечки, в последовательное R_i. Очевидно, что чем лучше изоляция, тем меньше потерь, и меньше последовательное сопротивление потерь R_i.
• R_з – сопротивление потерь в земле. Для вертикальных антенн с противовесами, лежащими на земле, часть тока от источника, возбуждающего антенну, протекает через землю. Это, конечно, приводит к дополнительным потерям на обогрев земли.
• R_o – характеризует тепловые потери в окружающих предметах, лежащих в ближней зоне антенны. Как описано в ближней зоне антенны существует реактивное поле (напряженность которого резко растёт с укорочением антенны). В этом поле «плещется» реактивная энергия, связанная с излучателем. Она никуда не излучается, она «принадлежит» излучателю точно так же, как, например поле рассеяния вокруг катушки П-контура передатчика. Если в ближней зоне антенны нет ничего, то эта реактивная энергия «плещется» без потерь. Но как только в реактивное поле попадает предмет с потерями, он немедленно переводит часть энергии поля в тепловые потери (расположите рядом с выходной катушкой мощного передатчика сердечник с потерями и посмотрите, как он нагреется). В практических конструкциях КВ антенн, как правило, в ближней зоне (напомню, её радиус составляет l/2p) находятся предметы с потерями – дома, деревья, металлоконструкции, крыша, земля (это не те потери, что в предыдущем пункте за счет непосредственного протекания тока антенны через землю, это тепловые потери реактивного поля в земле).

На практике R_п в зависимости от конструкции антенны составляет единицы (в тяжелых случаях – десятки) Ом и увеличивается с ростом частоты, уменьшением высоты над землёй и с укорочением антенны. Поэтому КПД антенны резко падает с её укорочением.

Представим антенну в виде эквивалентной схемы: сложного колебательного LC-контура в который включены резисторы R_изл и Rп. Разберем несколько примеров.
• Антенна диполь от полуволны и короче. Её эквивалентная схема представляет собой обычный последовательный LC-контур, в который последовательно же включены R_изл и Rп. Если Rп пренебрежимо мало по сравнению с R_изл, то в этом случае R_a действительно равно R_изл.
• Волновой диполь с питанием посередине. Эквивалентной схемой антенны является параллельный колебательный контур с резисторами R_изл и Rп в одной из ветвей. На резонансе входное сопротивление R_a достигает нескольких тысяч Ом. А для R_изл график даёт величину чуть более 200 Ом. То есть в данном случае R_изл и R_а отличаются почти на порядок.

Сопротивление излучения антенны R_изл – показатель, имеющий размерность сопротивления и связывающий излучаемую мощность Р_изл с током I_А, протекающим через какое – либо сечение антенны

R_изл = Р_изл / I_А².

Так как токи и напряжения по длине антенны распределены неравномерно, то для округления величины R_изл, в большинстве случаев излучаемую мощность относят к квадрату максимальной амплитуды тока (в пучности) или в квадратуру тока на входных зажимах антенны.

Величина R_изл зависит от соотношения между размерами антенны и длиной волны, формы антенны и других факторов.

Так, увеличение длины уединенного симметричного вибратора до l= 1 , ведет к росту сопротивления излучения. Однако дальше она падает, затем снова возрастает.

В общем случае R_изл имеет комплексный характер. Например, для тонкого полуволнового вибратора R_изл = 73,1 Ом, а Х_изл = 42,5 Ом.

Увеличение толщины вибратора приводит к уменьшению величины волнового сопротивления.